¿Vida alrededor de agujeros negros?
Especulan sobre las restricciones termodinámicas que permitirían la existencia de vida en un planeta que orbitase un agujero negro.
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Ahora que los agujeros están de moda en los medios al demostrase la colisión entre dos de ellos gracias a LIGO y que Kip Thorne es cofundador de LIGO y además guionista de la película “Interestelar”, podríamos echar un vistazo a esa película y a un trabajo relativamente reciente sobre las posibilidades de vida alrededor de este tipo de objetos.
Los agujeros negros son negros en sí, pero generalmente están rodeados de materia a alta temperatura que les hace muy brillantes. Esta materia forma un disco de acreción según la materia cae hacia el agujero y la “fricción” que se desencadena es una muy buena manera de convertir gran parte de esa materia en energía.
Se ha especulado que cuando todas las estrellas se apaguen la única manera que una civilización avanzada podrá sobrevivir será usando agujeros negros como fuente de energía, pero a través de la energía que produzcan sus discos de acreción. Aunque no deja de ser hiperoptimista pensar que una civilización sobreviva hasta dentro de billones de años.
El caso es que es posible que exista una zona de habitabilidad alrededor de estos cuerpos en la actualidad en la que un hipotético planeta podría tener agua líquida y una fuente de luz que permitiera la fotosíntesis. Esto es lo que parece que se sugiere en esta película.
Pero, ¿qué pasa cuando un agujero negro ya se ha tragado toda la materia que le rodeaba? Al fin y al cabo, incluso la radiación Hawking sería muy pequeña para mantener un sistema termodinámico convencional.
Tomáš Opatrný (Universidad Palacký en Olomouc, República Checa) cree que incluso sin disco de acreción es posible la vida en un planeta alrededor de un agujero negro gracias a una termodinámica invertida.
Para poder producir trabajo se necesita una diferencia de temperatura. Así por ejemplo, el calor generado por la gasolina eleva la temperatura del motor por encima de la ambiente y el automóvil se desplaza. Un automóvil en una habitación a alta temperatura no funcionaría.
Con el Sol pasa lo mismo, la luz de un foco caliente (el Sol) al llegar a la Tierra puede ser convertida en energía en una célula fotovoltaica gracias al foco comparativamente frío de la superficie terrestre. Es un caso idéntico al de las plantas, pues son ellas y las cianobacterias las que proporcionan la base de la cadena alimenticia terrestre, pero otros procesos quimiosintéticos operan bajo las mismas restricciones termodinámicas, aunque no esté presente la luz.
Así que un gradiente de temperatura es termodinámicamente imprescindible para la existencia de vida. Si en la luna Europa no hay tal gradiente entonces la vida no es posible allí por mucha agua líquida que haya.
Lo que propone Opatrný es una inversión de papeles en el que parte del cielo es más frío y es posible la vida con un pequeños gradiente térmico invertido. Es algo similar a lo que propuso en su día Robert L. Forward en su novela Estrellamoto, cuando la estrella de neutrones en donde se daba la vida que se describe en el libro hacía de foco cálido y el cielo de foco frío. En este caso sería un poco diferente, pues sería una vida basada en un “sol negro” (el agujero negro) que haría de foco frío a casi el cero absoluto de temperatura.
El resto del Universo está a 2,7 kelvin, temperatura que viene dada por el residuo de microondas del Big Bang. Esto da una diferencia de temperatura muy pequeña. Para un planeta del tamaño de la Tierra en el que el agujero negro ocupara una proporción igual al Sol sólo se podrían extraer unos 900 vatios de potencia, quizás suficiente como para que exista vida, pero esta no sería ni muy compleja ni muy avanzada.
Pero el Universo no fue siempre tan frío. Al cabo de 15 millones de años tras el Big Bang su temperatura era de 300 kelvins (27 grados centígrados), por lo que en la situación de agujero negro como foco frío descrita se proporcionaría una potencia de 130 gigavatios, que es muy superior a lo que la Tierra recibe del Sol. Esto sería suficiente como para soportar la vida, incluso una civilización avanzada, si es que esta hubiera tenido tiempo de evolucionar, claro, cosa altamente improbable. Incluso 15 millones de años parecen pocos para que haya elementos pesados y planetas o para que un agujero negro se queda sin nada que tragar y se enfríe.
Entonces es cuando Opatrný se fijó en la película “Interestelar” y en la secuencia en la que Gargantúa hace que el tiempo vaya más lento en un factor 60.000 por efecto de la Relatividad General. En este caso, en un planeta como el de Miller la radiación del fondo de cósmico de microondas tendría su frecuencia corrida debido a la dilatación temporal y el planeta se calentaría hasta unos inaguantables 900 grados centígrados. Las olas allí no serían de agua, sino de lava.
Según Lawrence Krauss (de Arizona State University y ahora de moda por hacer correr rumores sobre el hallazgo de LIGO) este efecto desastroso de la radiación de fondo sobre los observadores del planeta y otros aspectos hacen que la película no sea realista.
Pero a una distancia mayor del agujero negro las condiciones serían adecuadas para la vida, según Opatrný. Así que es posible imaginar una civilización bajo un “sol” negro viviendo en un planeta la mar de extraño.
Obviamente este trabajo es más un ejercicio intelectual que la búsqueda real de vida en el Cosmos. La idea es interesante y sirve para desarrollar ciertos conceptos, pero las posibilidades de vida en una situación así son muy reducidas. Además, cerca de los agujeros negros puede haber objetos que se vean atraídos por el mismo, por lo que la lluvia constante de meteoritos no ayudaría a una vida compleja o avanzada. Esos objetos caerían además al agujero y entonces este ya no estaría lo suficientemente frío como para mantener el gradiente térmico que permita esa vida de gradiente inverso.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4875
Fuentes y referencias:
Artículo original
Ilustración : BlackRainbow, vía blenderartists.org
14 Comentarios
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viernes 19 febrero, 2016 @ 10:50 am
Esos 900 W deben ser para todo el planeta, porque, si fuera por m^2, en la Tierra recibiríamos unas 2,5 veces menos.
Así que sí que es bien poco.
Por otra parte también me asombra, aunque sea el resultado de razonar según las leyes de la termodinámica, que el interior de un AN haya de ser tan frío.
Además, parece contradictorio que existan los gravitrones si son capaces de escapar de un AN, de donde ni siquiera la luz es capaz de salir. Así que me parece que no existen.
Todo es tan atractivo en un AN que hasta la atención atrae. Todo es asombroso en ellos.
sábado 20 febrero, 2016 @ 3:17 am
Quizá no sea tan contradictorio, querido Tomás: si Stephen Hawking está en lo cierto, cuando se forma un par partícula-antipartícula en el horizonte de sucesos de un agujero negro (AN), uno de los componentes del par podría escapar mientras el otro caería en el AN, y ello implicaría:
1- Que el AN emita radiación, pero de un modo tan minúsculo que se considera indetectable en la práctica.
2- Que el AN vaya perdiendo masa ( de nuevo de un modo tan minúsculo que tampoco lo podríamos detectar a menos que considerásemos un lapso temporal inmenso, próximo a la edad del Universo).
Los fotones caen en el agujero negro porque no interactúan entre ellos pero, en el caso de los gravitones, no se descarta que puedan interactuar entre ellos mismos produciendo otras partículas y que algunas puedan escapar del AN.
Un abrazo esperando no haber metido mucho la pata.
sábado 20 febrero, 2016 @ 3:42 am
Querido Neo:
Aprovecho la ocasión para plantear dos dudas que tengo desde hace tiempo:
1- Siempre he supuesto que seguirá habiendo planetas o satélites que continúen emitiendo calor si están sometidos a fuerzas de marea cuando se hayan apagado todas las estrellas. ¿Estoy en lo cierto?
2- ¿Estás fuerzas de marea pueden generar el gradiente necesario para que aparezca la vida?
Abrazos.
sábado 20 febrero, 2016 @ 11:39 am
Querido Miguel:
Hay en esas afirmaciones de Hawking excesivos «si». Me he ido a Wikipedia y demos por sentado que se crean, durante un breve instante algún par partícula-antipartícula a partir del vacío (pero ¿hay un vacío allí, en el horizonte de sucesos? Yo lo imagino como una superficie inmaterial, pero donde unas micras más hacia afuera sí que puede haber partículas, quizá a gran velocidad y en equilibrio entre la fuerza gravitatoria y la de rotación (quizá fotones, por ejemplo). Dice que la probabilidad de que se forme ese par no es nula, entonces uno de los componentes podría escapar. ¿Y por qué no los dos o ninguno? ¿Por qué se deduce que la energía para escapar ha de proceder del AN? ¿No tenemos la energía del vacío que, para empezar, ya ha formado esos pares? De todas formas, si una partícula se escapa y otra cae en el AN, ¿no quedará compensada la acción?
Para postre resulta que todo eso es indetectable. Además los gravitrones todavía son una incógnita.
Y, por supuesto, no metes la pata. Quizá ni yo. Charramos y opinamos de conocimientos que no dominamos ni de lejos, pero de los que nos gustaría saber más; y resulta que este es el camino. Sobre todo cuando llega Neo y nos echa una mano.
Un grandísimo abrazo.
lunes 22 febrero, 2016 @ 9:40 am
Estimado Miguel Ángel:
Las mareas hacen que la Luna se aleje cada vez más de la Tierra. La Luna terminaría abandonando la Tierra en un futuro si no fuera porque antes el Sol se convertirá en gigante roja.
En un futuro en el que hay cada vez más espacio vacío debido a la expansión tampoco se favorecen nuevos casos en los que haya mareas. Ni siquiera hay mareas para toda la eternidad. Todo tiene un fin, incluso el propio Universo y la vida que contiene.
Europa puede tener un gradiente térmico que permita vida. Todo depende de si el efecto de marea es suficiente como para provocar cierto vulcanismo interior (la mayor parte de este satélite es roca) que genere moléculas ricas en energía. Sería algo así como la vida terrestre basada en las fuentes hidrotermales del fondo oceánico. Pero esta vida no podría depender del oxígeno libre, pues en Europa no puede haber fotosíntesis por falta de luz (siempre hablando del mar interior). La cadena trófica se basaría entonces en la quimiosíntesis.
Aunque todo esto esto es especulativo hasta que vayamos allí, claro. Hay una misión de la NASA prevista, pero la mala política de Obama al respecto y la competencia de otro róver marciano (¡sí, otro!) posiblemente retrasen la misión hasta los años treinta de este siglo.
lunes 22 febrero, 2016 @ 9:42 am
Estimado Tomás:
No todo se puede traducir a palabras y que suene perfecto. Detrás del mecanismos Hawking hay una física y matemática bien asentada que permiten la existencia de esa radiación.
lunes 22 febrero, 2016 @ 7:57 pm
» la radiación del FCM tendría una frecuencia corrida debido a la dilatación temporal relativistica y el planeta se calentaría hasta unos inaguantables 900ºC». Supongo que cabe interpretar esto como que ese corrimiento de la frecuencia del FCM, tendría una frecuencia más alta y por tanto una mayor energía cuántica debido a la dilatación temporal.
– Y en cuanto a lo que dice Miguel Ángel hay que distinguir entre los gravitones reales que pudiera emitir un AN, que no podrían escapar, pero de existir la interacción gravitatoria-de existir los gravitones- estaría mediada por el intercambio de partículas virtuales y las partículas virtuales puden saltarse el horizonte de sucesos tranquilamente si cumplen con el principio de incertidumbre, por ello un gravitón virtual sí podría escapar de un AN. Pero como siempre advierte Neo, al no tener una teoría cuántica de gravedad, pues todo esto queda en el campo de la especulación.
– De todos modos hay es conveniente tener presente que los fotones intercambiados en la interacción electromagnética son virtuales, mientras que los de la radiación son reales.Lo mismo sucedería con los gravitones,»los reales» que se propagarían a la velocidad de la luz, no podrían escapar del AN, pero sí podrían escapar los » virtuales».
lunes 22 febrero, 2016 @ 10:19 pm
Exacto, se trata de bosones virtuales. Si no tienen masa es más fácil «crearlos» y la fuerza es de largo alcance.
martes 23 febrero, 2016 @ 2:30 am
Pues muchas gracias, mis tres queridos amigos. Además, son oportunas vuestras aclaraciones: como en el ejemplo de los fotones y los gravitones en el que he mezclando churras con merinas. Menos mal que mi amigo Lluís lo ha rectificado perfectamente, como acredita después Neo.
Abrazos teraelectrofanfárronicos
martes 23 febrero, 2016 @ 12:30 pm
Querido Neo:
Durante estos días he «hecho fuerza mental» para asimilar todo lo posible de tu 43 en «Se detectan…», sacando las conclusiones parciales que mi conocimiento me ha permitido. Porque, de alguna manera he de encontrar una razón para asimilarlo, ya que la matemática de Hawking me resulta inaccesible dados los tan lejanos tiempos en que pudiera haber progresado en mi afición a esa materia y, posiblemente, estar capacitado para explicarme estos sucesos. Pero no pude seguir el consejo de Lluís que tan bien recuerdo me dio hace tiempo; tendría que haber repasado mucho para alcanzar mi nivel anterior.
El caso es que comprendo mejor el espacio que, sin las masas, sería «uniforme», pero que ellas lo curvan, no como una superficie de goma plana que se hunde, sino como infinitas de ellas, es decir como yo interpreto que lo describe Einstein. Sin embargo los gravitrones no me parecen necesarios, aunque nuestro supersabio, parece que sería partidario de ellos por su negación de la acción a distancia. Es decir que estoy con tu punto 3 del citado comentario. Claro que si curva el espacio, ¿para qué los necesita?
Deberé admitir la probabilidad, y por tanto el hecho de que se formen, de la energía del vacío esos pares. Ya me explico peor que alguno, al menos, de virtual se transforme en real por la fuerza de la gravedad, a no ser que eche mano de la analogía que haces de los fonones, aunque, me parece que en sentido contrario. El caso es que, si admito esa realidad de una partícula real que escapa, aunque sea del horizonte, y no del interior, del «cuerpo» del agujero negro, resulta que se ha creado en el universo una materia-energía y, si quiero mantener el equilibrio de conservación, habrá de ser compensada por el contenido del AN, cuya totalidad habrá de ir disminuyendo.
Pero me quedan algunas dudas: si una partícula, la que escapa, se ha convertido en real por la gravedad, ¿por qué no la que cae dentro del AN? Y si cae como real ya que aún hay más gravedad en el interior, resulta que la masa aumentaría, como la huida de la partícula al exterior aumenta la masa total del universo. Pero entonces ¿por qué los AN van perdiendo masa? ¿No será que ganan la masa de la partícula pero pierden energía que recoge la superficie y el balance es de pérdida en el interior del AN?
Hasta ahí he llegado, querido maestro.
martes 23 febrero, 2016 @ 12:55 pm
Cuando digo balance de pérdida, me refiero al total masa-energía en su equivalencia, ya que el AN va disminuyendo.
miércoles 24 febrero, 2016 @ 9:40 am
Estimado Tomás:
Una manera de verlo es que, del par de partículas virtuales, la que cae al agujero lleva masa negativa y la que se queda fuera positiva.
jueves 25 febrero, 2016 @ 2:35 am
Queridos amigos:
Se acaba de descubrir hace unos días un agujero negro supermasivo con una masa de 21.000 millones de veces la de nuestro Sol, lo que supone un nuevo record. Para que sirva de perspectiva, el AN del centro de la Vía Láctea (que es una galaxia de las grandes) tiene solo 4 millones de veces la masa solar.
jueves 25 febrero, 2016 @ 10:01 am
Querido Miguel: ¡21.000 millones de Soles! Pues por mucho que miro, no lo veo.